JP5281230B2 - 自然な植物性有機物粉砕方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば古紙、廃木材や自然の木、竹、草等の植物性セルロースを含む様々な植物性有機物をソフトに粉砕処理して、自然な柔らかい超微粉を製造するための植物性有機物粉砕方法およびその装置に関する。

生物資源の有効利用のため、植物性有機物を粉砕処理して微粉とし、工業用原料や顔料・香料等の種々の用途に用いるための技術が開発されている。植物原料の粉砕技術としてはハンマーミルやカッターミルにより機械的に破砕する方法が一般に知られている。

特開２００５−２１１７７７号公報記載の発明は、植物原料を粒径１ｍｍ未満に微粉砕する場合に特に好適な微粉砕方法及びその装置に関し、特に竪型ローラミルに植物原料を導入して、１００℃程度の高温のガスにより８０℃以上に加熱しながらすりつぶし、また高温ガスを搬送手段として分級・再粉砕することにより植物原料を安定した粒径に微粉砕する技術である。この方法により、竹材等であっても１ｍｍ未満、例えば１５０μｍレベルの安定した粒径に微粉砕できるとされている。
特開２００５−２１１７７７号公報

しかしながら、上記の発明では熱ガスを発生する熱ガス発生炉をローラミルに装備し、この装置を稼動させることによって約１００℃の高温ガスを導入して急速に乾燥するものであるから、運転コストがかかるうえ、得られる微細粉の粒径も粒径も百μｍレベルにとどまるものであり、有機物を自然な柔らかいミクロンレベルの微粉末状に粉砕処理できるものではなかった。

本発明は上述した諸事情に鑑み創出されたもので、例えば古紙、廃木材、木、竹、草等の植物セルロースを含む様々な植物性有機物を自然な柔らかい微粉末状に粉砕処理するための植物性有機物粉砕方法及び装置を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本出願の請求項１に係る植物性有機物粉砕方法にあっては、古紙、廃木材、木又は竹のいずれかを少なくとも含む植物性有機物を粉砕乾燥装置に導入し、摩擦熱を主な熱源とし、ヒーターを副熱源として、所定の温度下で水分を蒸発させながら攪拌・粉砕し、粉同士を相互作用させて乾燥した微細粉を形成する粉砕・乾燥工程と、乾燥した微細粉を回収する回収工程とを含むことを特徴とする。

本発明の粉砕乾燥工程は、植物性有機物を微細粉状に攪拌粉砕する際に微細粉同士の擦り合いによって発生した摩擦熱を主な熱源として、有機物に含有されていた水分を蒸発させ、水分を利用しながらソフトな攪拌・粉砕を行う。すなわち有機物を急激に加熱して単に機械的に破砕するのでなく、徐々に水分を供給しながら細胞同士を相互作用させることによって自然の細胞組織の分解に近い過程を生じさせ、植物性有機物をミクロンレベルまたはそれ以下のレベルにまで微粉化できるのである。反応のための水分が不足する時は外部から水分を加えてもよい。高価なボイラー等を備えず摩擦熱を利用するので、設備費、材料費等の処理コストが安い上に、安全性の高いシステムを構築できるものである。

本発明はまた副熱源としてヒーターを利用することができる。例えば植物細胞が水分を発生し始める温度である４０℃まで予め加熱することにより、反応の効率を上げることができ作業時間を短くできるので、能率のよい水分蒸発システムを構築可能である。

請求項１の植物性有機物粉砕方法は、さらに植物性有機物をスライスチップ状に成型する前処理工程を含む。スライスチップを形成する前処理工程を備えたことにより、古紙、廃木材、木、竹、草等の様々な植物性有機物を、短い作業時間で粉砕処理することができるものである。なお必要に応じてさらに材質に合った前処理を行い、廃木材については含まれている金属類を事前に取り除くことが望ましい。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の植物性有機物粉砕方法において、前記粉砕・乾燥工程が、４０℃〜８０℃の範囲の所定温度で攪拌・粉砕する第一の工程と、６０℃〜１００℃の範囲の所定温度で攪拌・粉砕する第二の工程を含むことを特徴とする。好ましくは微細粉の含水率が１５％〜２５％の範囲の所定値になった時に第一の工程から第二の工程に移るようにする。粉砕・乾燥工程を２つに分けたことにより、水分量をきめこまかく管理することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の植物性有機物粉砕方法が、温度を約６０℃まで上げて攪拌・粉砕する第一の工程と、温度を６０℃〜８０℃として攪拌・粉砕する第二の工程を含むことを特徴とする。微細粉の使用目的に応じて、植物性有機物を１ミクロン以上のサイズ、５％以上の含水率の種々に異なる微細粉に効率よく分解させることができるものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の植物性有機物粉砕方法が、温度を約８０℃まで上げて攪拌・粉砕する第一の工程と、温度を８０℃〜１００℃として攪拌・粉砕する第二の工程を含むことを特徴とする。植物性有機物をサイズが約１ミクロン以下、含水率が０〜５％の超微細粉に効率よく分解させることができるものである。

なお、粉砕・乾燥工程が、温度を６０℃まで上げて攪拌・粉砕する第一の工程と、温度を８０℃まで上げて攪拌・粉砕する第二の工程と、温度を８０℃〜１００℃として攪拌・粉砕する第三の工程を含むものとすれば、一層安定した超微細粉を得ることができる。

請求項５に係る発明は、少なくとも古紙、廃木材、木又は竹のいずれかを含む植物性有機物を処理して乾燥した微細粉を生成する植物性有機物粉砕装置であって、植物性有機物をサイズ３ｍｍ以下、薄さ１ｍｍ以下のスライスチップ状に形成するスライスチップ化成型装置と、スライスチップ状を撹拌・粉砕して乾燥した微細粉を形成する第一及び第二の粉砕乾燥装置と、乾燥した微細粉を回収する回収装置と、これらをつなぐ微細粉の運搬手段とを含む植物性有機物粉砕装置であって、前記第一及び第二の粉砕乾燥装置は、乾燥容器と、駆動用モータと、前処理されたスライスチップをヒーターで４０℃以上まで加熱するヒーターと、該駆動用モータの駆動軸に連結され乾燥容器内で回転する１個又は複数の回転軸と、前記回転軸にそれぞれ結合した撹拌翼を備えており、前記第一の粉砕乾燥装置の回転軸の回転数が毎分８００〜１０００回転、前記第二の粉砕乾燥装置の回転軸の回転数が毎分３００〜８００回転であることを特徴とする植物性有機物粉砕装置である。

前記粉砕乾燥装置は、乾燥容器と、回転数制御可能な駆動用モータと、該駆動用モータの駆動軸に連結され乾燥容器内で回転する単数の回転軸若しくは互いに逆向きに回転する複数の回転軸と、前記回転軸に結合した棒状部若しくは板状の攪拌翼を備えて成り、攪拌翼の回転によってスライスチップ状の植物性有機物を所定の温度下で水分を蒸発させながら攪拌粉砕して乾燥した微細粉を形成させる。回転軸は水平回転軸とすることが好ましく、その数は乾燥容器のサイズによるが１〜４であることが好ましい。２以上の回転軸を備える場合、隣り合った回転軸が互いに逆向きの回転となるようにする。装置の台数も微細粉の使用目的に応じて変えることができる。

本発明の粉砕乾燥装置は、攪拌翼同士が直接擦れ合って有機物をすりつぶすのではなく、攪拌翼等の回転によってスライスチップ状の植物性有機物をゆるやかに攪拌し、その際に粉同士の擦り合いによって発生した摩擦熱により、植物性有機物にもともと含有される水分をゆっくりと蒸発させる。この水分によってさらに微細化が進むので、乾燥した微細粉を容易に形成させることができる。

請求項６に係る発明は、請求項５記載の粉砕乾燥装置において、製造する微細粉のサイズに応じて回転方向を変更可能としたことにより、異なる微細粉のサイズに対応させることができるものである。

本発明によれば、低コストで安全性が高く、しかも比較的短い作業時間でもって、例えば古紙、廃木材、木、竹、草等の植物セルロースを含有する植物性有機物を自然な柔らかい微細粉末、すなわちソフトパウダー状に粉砕処理することができるものである。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明すると、図において示される符号１は、例えば古紙、廃木材、木、竹、草等の植物セルロースを含有する植物性有機物を粉砕処理するための植物性有機物粉砕装置であって、圧搾機２や植物性有機物を例えばサイズ約３ｍｍ以下または薄さ約１ｍｍ以下のスライスチップ状に成型するためのスライスカット機３等の前処理用のスライスチップ化成型装置と、スライスチップを一時集積するホッパー６と、スライスチップ状の植物性有機物を約８０度の温度下で水分を蒸発させながら攪拌粉砕するための第一の粉砕乾燥装置８と、粉砕粉を一旦集積する粉砕粉収集ケース９と、約８０℃〜１００℃の温度で水分を蒸発させながら攪拌粉砕するための第二粉砕乾燥装置１１と、乾燥した微細粉を回収するための超微細粉分別収集ケース１５と、これらを連結するスクリュー搬送機等の運搬手段によって構成されている。

粉砕乾燥装置８の内部構成を説明すると、まず図２に示すようにステンレス製の略Ｕ形状を呈する乾燥容器を架台上に設置する。処理する植物性有機物が約１００ｋｇの場合、乾燥容器の高さが約６０ｃｍから１ｍ程度となる。この乾燥容器の内底部側に、回転数制御可能な駆動用モータ１６に連動連結した単一の水平回転軸若しくは互いに逆向きに回転する複数の水平回転軸を設ける。各々の水平回転軸には、（ａ）チェーン平板棒または（ｂ）ステンレス枝丸棒２４を設ける。別の実施例として、幅員１ｃｍ〜２ｃｍ程度、長さ１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度の大きさで、平たい棒状の本体に適宜穴の空いた形状のステンレス製攪拌翼（不図示）を設けても良い。

図２に示す実施例では、互いに逆向きに回転する２個の水平回転軸１８、１９が設けられている。水平回転軸１８、１９が２本平行な状態で回転可能となるようにその両端側をベアリング軸受２２、２３を介して取り付け、一方の水平回転軸１８の一端側にはたとえば１分間に８００〜１５００回転可能な駆動用モータ１６を連結し、この駆動用モータと相補的な位置である他方の水平回転軸１９の他端側には上記と同様な駆動用モータ１７を連結することで、両水平回転軸１８、１９を互いに逆方向に同期回転できるようにしてある。

そして、水平回転軸１８、１９にはその長手方向に沿ってのたとえば４箇所または８箇所には、中央にスリット部２５のある板状の取付枠部をボルトによって取り付け、これらのスリット部２５にステンレス丸棒２４またはチェーン平板棒の一端を嵌め込んで例えば六角レンチボルト２６によって固定することで、水平回転軸１８、１９の回転による遠心力で突っ張った状態で回転させられるようにしてある。

後処理用の第二の粉砕乾燥装置１１は、植物性有機物を乾燥した含水率０％〜５％で１ミクロン以下の微細粉状態にするためのものであり、その構成は第一の粉砕乾燥装置８とほぼ同様であるが、本実施例では回転軸に平板状の攪拌翼が設けられている。

図３は粉砕乾燥装置の水平回転軸に平板状の攪拌翼を取り付けた場合の構成を示すものであり、水平回転軸２９、３０にはその長手方向に沿った４箇所または８箇所において、同じ角度間隔の１枚から４枚の幅員３〜６ｃｍ程度の平板状攪拌翼３１が、２軸間で互いに干渉しないように例えば溶接等によって固着され、水平回転軸２９、３０の回転により攪拌翼が回転するようにしてある。

上記粉砕乾燥装置の水平回転軸はそれぞれ２軸構造となっているが、装置自体の容量に応じて２軸以上の構造としてもよい。２軸以上の回転軸を設ける場合には、隣り合った回転軸がそれぞれ互いに逆方向に回転するようにすればよい。また、両水平回転軸にそれぞれ駆動用モータを取り付ける代わりに、両水平回転軸の一端側にそれぞれ嵌着させた歯車同士を互いに噛合連繋させ、いずれか一方の水平回転軸の他端側に単一の駆動用モータを連繋させることで、両水平回転軸が互いに逆方向に回転できるようにしてもよい。

粉砕乾燥工程（粉砕乾燥装置８、１１）における水分蒸発用の加熱は、丸棒２４または平板状攪拌翼３１によって植物性有機物の微細粉を攪拌した際に発生した攪拌熱によって主に行われる。コントロールパネルによってこれらの粉砕乾燥装置の水平回転軸１８、１９、又は２９、３０の回転速度と回転方向を微細粉のサイズに応じて自由に変更できる。また乾燥容器８、１０のそれぞれには不図示の温度計及び水分収集槽が設置されている。乾燥容器の側面部には副熱源であるヒーターが設置されており、これもコントロールパネルで制御できる。これらの回転軸及びヒーターの制御は測定温度に合わせて自動で行わせることも可能である。

上記した構成の有機物粉砕装置の使用方法と動作を図１に即して説明すれば、まず、例えば圧搾機２またはスライスカット機３等のスライスチップ化成型装置によって、植物性有機物を例えばサイズ約３ｍｍ以下、薄さ約１ｍｍ以下のスライスチップ状に成型する。そして、圧搾されたスライスチップは押し出しスクリュー搬送機４によって、またスライスカットされたスライスチップはこのまま落下させてホッパー６内に投入され、さらにホッパー下部側に配したスクリュー搬送機７によって前処理用の第一の粉砕乾燥装置８に送られる。

第一の粉砕乾燥装置８では、水平回転軸が毎分８００〜１０００回転で回転され、丸棒２４の回転によってスライスチップ状の植物性有機物を徐々に攪拌・粉砕し、有機物から水分を発生させる。このとき、微細粉は水平回転軸１８、１９、丸棒２４の連繋動作に従って、それぞれに効率よくまとわりつくように動作する。その際に粉同士の擦り合いによる摩擦熱とヒーター（４０℃設定）によって温度が８０℃まで上げられ、有機物の自然な分解に近い含水率を保ちながら次第に微細化する。自然の植物性有機物であれば、この工程を３０分〜１時間程度行うことにより、含水率１５〜２５％程度まで水分を蒸発させることができる。

粉砕された粉はスクリュー搬送機１０によって後処理用の第二の粉砕乾燥装置１１に送られる。前処理用の第一の粉砕乾燥装置８から後処理用の第二の粉砕乾燥装置１１に植物性有機物が導入されるときの植物性有機物の含水率は、約１５〜２５％とすることが最適である。第二の粉砕乾燥装置１１では、水平回転軸が毎分３００〜８００回転で回転され、微細粉は水平回転軸２９、３０、攪拌翼３１の連繋動作に従って、それぞれに効率よくまとわりつくように動作する。その際に攪拌翼３１の回転に伴う微細粉同士の擦り合いによる摩擦熱とヒーター（４０℃設定）によって内部温度が８０℃〜１００℃まで上げられてさらに微細化し、植物性有機物に由来する水分を蒸発させる。自然の植物性有機物であれば、この工程を４〜５時間程度行うことにより、含水率５％程度まで水分を蒸発させることができる。

本発明の有機物粉砕装置は植物性有機物自体に含まれる水分を利用して細胞破壊を起こさせ、製造しうる微細粉のサイズは粉砕時の含有水分量とほぼ比例する。含水率が５％のとき微細粉のサイズが約１μｍであり、含水率がそれ以下になるとバニラ様の匂いを発して細胞組織自体の破壊が始まる。本装置では植物性有機物をサイズ約１μｍ以下、含水率が５％以下の微細粉に分解することが可能である。

上記の実施例では２個の粉砕乾燥装置を使用しているが、植物の種類や微細粉のサイズ等に応じて第三の粉砕乾燥装置を設置することも可能である。

最後の粉砕乾燥装置の後には、微細粉の分別収集ケース１５を設置する。分別収集ケース１５の内部は、微細粉がサイズに応じて分岐しうる程度の高さを持った壁で２〜３区画に仕切られており、最上部からは水分が排出される。最も粉砕乾燥装置から遠い区画は超微細粉分別ケースであり、超微細な微細粉が自然な柔らかい状態となって採取される。分別収集ケース１５に分別された微細粉は、低速のファン（不図示）により回収することができる。

本発明によれば、低コストで安全性が高く、しかも比較的短い作業時間でもって、植物性有機物の微細粉を製造できるから、生物資源の有効利用や廃棄物の減量に大きな効果がある。本発明の方法によりミクロンレベルまたはそれ以下にまで微細化されたソフトパウダーは、工業用原料としての価値がきわめて高く、また水分が完全に蒸発して細胞破壊が起こるとバニラ様の芳香を発し、感触も柔らかく滑らかであることから香料や顔料としての用途も期待されている。

本発明に係る有機物粉砕装置の一実施例を示す説明図である。 図１の実施例の第一の粉砕乾燥装置における水平回転軸及び攪拌翼の構成を示す平面図である。 図１の実施例の第二の粉砕乾燥装置における水平回転軸及び攪拌翼の構成を示す平面図である。

符号の説明

１ 植物性有機物粉砕装置
２ 圧搾機
３ スライスカット機
４ スクリュー搬送機
６ ホッパー
７ スクリュー搬送機
８ 第一の粉砕乾燥装置
９ 粉砕粉収集ケース
１０ スクリュー搬送機
１１ 第二の粉砕乾燥装置
１２ コントロールパネル
１３ ヒーター
１４ ヒーター
１５ 微細粉分別収集ケース
１６、１７ 駆動モーター
１８、１９ 水平回転軸
２０、２１ チェーンカップリング
２２、２３ ベアリング軸受
２４ 平板棒
２５ スリット部
２６ 六角レンチボルト
２７、２８ 駆動モーター
２９、３０ 水平回転軸
３１ 攪拌翼

Claims (6)

1. 少なくとも古紙、廃木材、木又は竹のいずれかを含む植物性有機物を処理して乾燥した微細粉を生成する植物性有機物粉砕方法であって、前処理によりサイズ３ｍｍ以下、薄さ１ｍｍ以下のスライスチップ状にして粉砕乾燥装置に導入し、前処理されたスライスチップをヒーターで４０℃以上まで加熱すると共に、毎分３００回転以上の速度で回転する撹拌翼により撹拌しスライスチップ同士を相互に摺り合わせることで加温しつつ粉砕し、乾燥した微細粉を回収することを特徴とする植物性有機物粉砕方法。
2. ４０℃〜８０℃の範囲の所定温度で攪拌・粉砕する第一の工程と、６０℃〜１００℃の範囲の所定温度で攪拌・粉砕する第二の工程を含むことを特徴とする請求項１記載の植物性有機物粉砕方法。
3. 温度を約６０℃まで上げて攪拌・粉砕する第一の工程と、温度を６０℃〜８０℃として攪拌・粉砕する第二の工程を含むことを特徴とする請求項１記載の植物性有機物粉砕方法。
4. 温度を約８０℃まで上げて攪拌・粉砕する第一の工程と、温度を８０℃〜１００℃として攪拌・粉砕する第二の工程を含むことを特徴とする請求項１記載の植物性有機物粉砕方法。
5. 少なくとも古紙、廃木材、木又は竹のいずれかを含む植物性有機物を処理して乾燥した微細粉を生成する植物性有機物粉砕装置であって、植物性有機物をサイズ３ｍｍ以下、薄さ１ｍｍ以下のスライスチップ状に形成するスライスチップ化成型装置と、スライスチップ状を撹拌・粉砕して乾燥した微細粉を形成する第一及び第二の粉砕乾燥装置と、乾燥した微細粉を回収する回収装置と、これらをつなぐ微細粉の運搬手段とを含む植物性有機物粉砕装置であって、前記第一及び第二の粉砕乾燥装置は、乾燥容器と、駆動用モータと、前処理されたスライスチップをヒーターで４０℃以上まで加熱するヒーターと、該駆動用モータの駆動軸に連結され乾燥容器内で回転する１個又は複数の回転軸と、前記回転軸にそれぞれ結合した撹拌翼を備えており、前記第一の粉砕乾燥装置の回転軸の回転数が毎分８００〜１０００回転、前記第二の粉砕乾燥装置の回転軸の回転数が毎分３００〜８００回転であることを特徴とする植物性有機物粉砕装置。
6. 製造する微細粉のサイズに応じて回転軸の回転方向を変更可能としたことを特徴とする請求項５記載の植物性有機物粉砕装置。

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